液壓課程設計臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)

1、天津職業(yè)技術師范大學課程設計說明書 課程名稱： 題目名稱： 班 級：20 級 專業(yè) 班姓 名： 學 號： 指導教師： 評定成績：教師評語： 指導老師簽名： 20 年 月 日成績評閱教師日期目錄液壓傳動課程設計指導書2一、設計要求及工況分析511設計要求51.2負載與運動分析5二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定72.1初選液壓缸工作壓力72.2計算液壓缸主要尺寸7三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖93.1主體方案的確定93.2基本回路確定93.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合11四、計算和選擇液壓元件及輔件124.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率124.2確定其它元件及輔件13五、驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升15六、設計小結16主要參考文獻

2、16液壓傳動課程設計指導書一、設計的目的和要求：設計的目的液壓傳動課程設計是本課程的一個綜合實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的：1.鞏固和深化已學知識，掌握液壓系統(tǒng)設計計算的一般方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題能力；2.正確合理地確定執(zhí)行機構，選用標準液壓元件；能熟練地運用液壓基本回路，組合成滿足基本性能要求的液壓系統(tǒng)；3.熟悉并會運用有關的國家標準、部頒標準、設計手冊和產品樣本等技術資料。對學生在計算、制圖、運用設計資料以及經驗估算、考慮技術決策、CAD技術等方面的基本技能進行一次訓練，以提高這些技能的水平。設計的要求1.設計時必須從實際出發(fā)，綜合考慮實

3、用性、經濟性、先進性及操作維修方便。如果可以用簡單的回路實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，就不必過分強調先進性。并非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或采用性能較好的元件，不能單獨考慮簡單、經濟；2.獨立完成設計。設計時可以收集、參考同類機械的資料，但必須深入理解，消化后再借鑒。不能簡單地抄襲；3.在課程設計的過程中，要隨時復習液壓元件的工作原理、基本回路及典型系統(tǒng)的組成，積極思考；4.液壓傳動課程設計的題目均為中等復雜程度液壓設備的液壓傳動裝置設計。具體題目由指導老師分配，題目附后；5.液壓傳動課程設計要求學生完成以下工作：設計計算說明書一份； 液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號

4、圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）。二、設計的內容及步驟設計內容1. 液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖；2. 進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖；3. 計算和選擇液壓元件；4. 驗算液壓系統(tǒng)性能；5. 繪制正式工作圖，編制設計計算說明書。設計步驟以一般常規(guī)設計為例，課程設計可分為以下幾個階段進行。1.明確設計要求閱讀和研究設計任務書，明確設計任務與要求；分析設計題目，了解原始數(shù)據(jù)和工作條件。參閱本書有關內容，明確并擬訂設計過程和進度計劃。2.進行工況分析做速度-位移曲線，以便找出最大速度點；做負載-位移曲線，以便找出最大負載點。液壓缸在各階段所受的負載需要計算，為簡單明了起見，可列

5、表計算；計算公式見教材表9-2。確定液壓缸尺寸確定液壓缸尺寸前應參照教材選擇液壓缸的類型，根據(jù)設備的速度要求確定d/D的比值、選取液壓缸的工作壓力，然后計算活塞的有效面積，經計算確定的液壓缸和活塞桿直徑必須按照直徑標準系列進行圓整。計算時應注意考慮液壓缸的背壓力，背壓力可參考教材表9-1選取。繪制液壓缸工況圖液壓缸工況圖包括壓力循環(huán)圖（p-s）、流量循環(huán)圖（q-s）和功率循環(huán)圖（P-s），繪制目的是為了方便地找出最大壓力點、最大流量點和最大功率點。計算過程可列表計算。3.進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖方案設計包括供油方式、調速回路、速度換接控制方式、系統(tǒng)安全可靠性（平衡、鎖緊）及節(jié)約能量等性

6、能的方案比較，根據(jù)工況分析選擇出合理的基本回路，并將這些回路組合成液壓系統(tǒng)，初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖。選擇液壓基本回路，最主要的就是確定調速回路。應考慮回路的調速范圍、低速穩(wěn)定性、效率等問題，同時盡量做到結構簡單、成本低。4.計算和選擇液壓組件計算液壓泵的工作壓力；計算液壓泵的流量；選擇液壓泵的規(guī)格；計算功率，選擇原動機；選擇控制閥；選擇液壓輔助元件；5.驗算液壓系統(tǒng)性能；驗算液壓系統(tǒng)的效率；驗算液壓系統(tǒng)的溫升6.繪制正式工作圖，編制課程設計計算說明書液壓傳動系統(tǒng)原理圖一張（3號圖紙，包括工作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表）整理課程設計計算說明書三、進度安排按教學計劃安排，液壓傳動課程設計總學時數(shù)為1

7、周，其進度及時間大致分配如下：序號設計內容天數(shù)（約占比例1設計準備0.5（約占10%）2液壓系統(tǒng)的工況分析，繪制負載和速度循環(huán)圖0.5（約占10%）3進行方案設計和擬定液壓系統(tǒng)原理圖1.5（約占30%）4計算和選擇液壓組件1（約占20%）5驗算液壓系統(tǒng)性能0.5（約占10%）6繪制液壓系統(tǒng)原理圖，編制課程設計說明書0.5（約占10%）7設計總結與答辯0.5（約占10%）四、設計題目設計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進工進快退停止。機床快進快退速度約為6 mmin，工進速度可在30120mmmin范圍內無級調速,

8、 快進行程為200mm，工進行程為50mm，最大切削力為25kN，運動部件總重量為15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)設計一、設計要求及工況分析11設計要求技術參數(shù)：設計一臺臥式單面多軸鉆孔組合機床液壓系統(tǒng)，要求完成工件的定位與夾緊，所需夾緊力不得超過6000N。機床快進快退速度約為6 mmin，工進速度可在30120mmmin范圍內無級調速, 快進行程為200mm，工進行程為50mm，最大切削力為25kN，運動部件總重量為15 kN，加速（減速）時間為0.1s，采用平導軌，靜摩擦系數(shù)為0.2，動摩擦系數(shù)為

9、0.1。該系統(tǒng)工作循環(huán)為：快進工進快退停止1.2負載與運動分析1.2.1 負載分析已知工作負載 按啟動換向時間和運動部件重量計算得到慣性負載摩擦阻力取液壓缸的機械效率，得出液壓缸各工作階段的負載值，見表1所列。表1液壓缸各階段的負載和推力工況計算公式缸的負載F/N啟動加速5033快進1667工進29478快退1667根據(jù)液壓缸在上述各階段內的負載和運動時間，即可繪制出負載循環(huán)圖F-s 和速度循環(huán)圖-s，如圖1和圖2所示。圖1圖2二、液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定2.1初選液壓缸工作壓力根據(jù)要求可確定液壓缸為差動式液壓缸。經負載分析和計算可知液壓缸驅動的最大負載是在工進階段為29478N由參考表9-3，初

10、選液壓缸的工作壓力p1=4MPa。2.2計算液壓缸主要尺寸2.2.1 初選液壓缸的工作壓力鑒于動力滑臺快進和快退速度相等，這里的液壓缸可選用單活塞桿式差動液壓缸（A1=2A2），快進時液壓缸差動連接。工進時為防止孔鉆通時負載突然消失發(fā)生前沖現(xiàn)象，液壓缸的回油腔應有背壓，參考教材表9-1選此背壓為p2=0.6MPa。2.2.2計算液壓缸結構參數(shù)進而由表9-1可確定工進時的背壓力為Pb=0.5-1.5,我們取Pb=0.5MPa， =0.90。根據(jù)差動缸定義有A1=2A2，則d=0.707D，由工進工況下液壓的平衡力平衡方程,可得 液壓缸的內徑 對D圓整，取D=100mm 由d=0.707D，經過圓

11、整得d=70mm計算出液壓缸的有效面積 工進時采用調速閥調速，其最小穩(wěn)定流量，設計要求最低工進速度，經驗算可知滿足式（9-1）要求。2.2.3.根據(jù)計算出的液壓缸的尺寸可估算出液壓缸在工作循環(huán)中各階段的壓力、流量和功率，如表7所列，由此繪制的液壓缸工況圖如圖3所示。表7液壓缸在各階段的壓力、流量和功率值工況推力F/N回油腔壓力p2/MPa進油腔壓力p1/MPa輸入流量q10-3/m3/s輸入功率P/KW計算公式快進啟動加速5033P2=p1+0.51.74恒速1667p1+0.50.900.40.36工進294780.64.050.00390.01570.01580.064快退啟動加速5033

12、0.52.33恒速16670.51.4550.3850.56注：1. p為液壓缸差動連接時，回油口到進油口之間的壓力損失，取p=0.5MPa。2. 快退時，液壓缸有桿腔進油，壓力為p1，無桿腔回油，壓力為p2。三、擬定液壓系統(tǒng)原理圖3.1主體方案的確定由表7可知，本系統(tǒng)屬于速度變化不大的小功率固定作業(yè)系統(tǒng)，因而首先考慮性能穩(wěn)定的雙定量泵供油，差動缸差動快進和高速閥進口節(jié)流高速的開式系統(tǒng)方案。這樣，既滿足液壓缸工進的高壓小流量要求，既考慮了節(jié)能問題，又兼顧了工作可靠性問題。3.2基本回路確定3.2.1供油回路 按主題方案，供油回路采用雙定量泵供油回路，見圖4所示。圖43.2.2選擇調速回路 由圖

13、4可知，這臺機床液壓系統(tǒng)功率較小，滑臺運動速度低，工作負載為阻力負載且工作中變化小，故可選用進口節(jié)流調速回路。為防止孔鉆通時負載突然消失引起運動部件前沖，在回油路上加背壓閥。由于系統(tǒng)選用節(jié)流調速方式，系統(tǒng)必然為開式循環(huán)系統(tǒng)。3.2.3 選擇速度換接回路 由于本系統(tǒng)滑臺由快進轉為工進 時，速度變化大（v1/v2=0.1/(0.810-3）=125),為減少速度換接時的液壓沖擊，選用行程閥制的換接回路，如圖5所示。圖53.2.4 選擇快速運動和換向回路 本系統(tǒng)已選定液壓缸差動連接和雙泵供油兩種快速運動回路實現(xiàn)快速運動?？紤]到從工進轉快退時回油路流量較大，故選用換向時間可調的電液換向閥式換向回路，以

14、減小液壓沖擊。由于要實現(xiàn)液壓缸差動連接，所以選用三位五通電液換向閥，如圖6所示。 圖63.2.5 方向控制回路為了滿足液壓缸停止，啟動，換向和液壓缸差動控制，圖6給出了利用三位五通電液換向閥為主的方向控制回路。圖中的單向閥建立了電液換向閥所需的控制壓力。3.2.6選擇定位夾緊回路 此回路采用順序閥控制的順序動作回路，圖7所示。這種回路采用了單向自控順序閥對兩缸進給和退回雙向順序控制，起到先定位，夾夾緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。緊再松開，后拔定位銷原位停止的功能。圖73.3液壓系統(tǒng)原理圖綜合將上面選出的液壓基本回路組合在一起，并經修改和完善，就可得到完整的液壓系統(tǒng)工作原理圖。在圖中，為了

15、解決滑臺工進時進、回油路串通使系統(tǒng)壓力無法建立的問題，增設了單向閥。為了避免機床停止工作時回路中的油液流回油箱，導致空氣進入系統(tǒng)，影響滑臺運動的平穩(wěn)性，圖中添置了一個單向閥7?？紤]到這臺機床用于鉆孔（通孔與不通孔）加工，對位置定位精度要求較高，圖中增設了一個壓力繼電器10。（見后附圖）四、計算和選擇液壓元件及輔件4.1確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率4.1.1計算液壓泵的最大工作壓力小流量泵在快進和工進時都向液壓缸供油，由表7可知，液壓缸在工進時工作壓力最大，最大工作壓力為p1=3.86MPa，如在調速閥進口節(jié)流調速回路中，選取進油路上的總壓力損失p=1MPa，繼電器的可靠動作要求壓差Dpe=0.

16、5MPa，則小流量泵的最高工作壓力估算為 p+Dpe=3.86+1+0.5=5.36MPa大流量泵只在快進和快退時向液壓缸供油，由表7可見，快退時液壓缸的工作壓力為p1=1.73MPa，比快進時大?？紤]到快退時進油不通過調速閥，故其進油路壓力損失比前者小，現(xiàn)取進油路上的總壓力損失p=0.5MPa，則大流量泵的最高工作壓力估算為P1+P=1.73+0.5=2.23 MPa4.1.2計算液壓泵的流量由表7可知，液壓缸快進時所需最大流量為0.38510-3 m3/s ，若取回路泄漏系數(shù)K=1.1，則泵的最小供油量為考慮到溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3L/min，工進時的流量為0.76810-5 m3/s

17、=0.45L/min，則小流量泵的流量最少應為3.45L/min。4.13確定液壓泵的規(guī)格和電動機功率根據(jù)以上壓力和流量數(shù)值查閱手冊可知，并考慮液壓泵存在容積損失，最后確定選取PV2R12-6/26型雙聯(lián)葉片泵。其轉速為，容積效率時，雙聯(lián)泵同時供油流量為；而由表7得知，液壓缸在快退時輸入功率最大，若取液壓泵總效率p=0.8，這時液壓泵的驅動電動機功率為W根據(jù)此數(shù)值查閱產品樣本，選用規(guī)格相近的Y100L6型電動機，其額定功率為1.5KW，額定轉速為940r/min。4.2確定其它元件及輔件4.2.1 確定閥類元件及輔件根據(jù)系統(tǒng)的最高工作壓力和通過各閥類元件及輔件的實際流量，查閱產品樣本，選出的閥

18、類元件和輔件規(guī)格如表8所列。其中，溢流閥4按小流量泵的額定流量選取，調速閥13選用Q6B型，其最小穩(wěn)定流量為0.03 L/min，小于本系統(tǒng)工進時的流量0.5L/min。表8液壓元件規(guī)格及型號元件名稱通過的最大流量q/L/min型號額定流量q/L/min額定壓力/MPa額定壓降/MPa油箱160-濾油器29.6XU80200100160.3雙聯(lián)葉片泵PV2R12-6/263.45/25.4117.5溢流閥5.1YF3-E10B1016壓力表開關K6B14單向閥57.4AF3-Ea10B63160.2三位五通電液換向閥57.435DY100BY63160.3調速閥1AXQF-E10B616行程閥

19、50.422C100BH63160.3壓力繼電器PFB8L14液壓缸-二位四通電磁換向閥57.435DYF3Y-E10B63160.3順序閥1XF3-E10B63160.3壓力繼電器PFB8L14液壓缸-液壓缸-*注：此為電動機額定轉速為940r/min時的流量。4.2.2 確定油管在選定了液壓泵后，液壓缸在實際快進、工進和快退運動階段的運動速度、時間以及進入和流出液壓缸的流量，與原定數(shù)值不同，重新計算的結果如表9所列。表9各工況實際運動速度、時間和流量快進工進快退表10允許流速推薦值管道推薦流速/(m/s)吸油管道0. 51.5，一般取1以下壓油管道36，壓力高，管道短，粘度小取大值回油管道1. 53 由表9可以看出，液壓缸在各階段的實際運動速度符合設計要求。根據(jù)表9數(shù)值，按表10推薦的管道內允許速度取=4 m/s，由式計算得與液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內徑分別為為了統(tǒng)一規(guī)格，按產品樣本選取所有管子均為內徑20mm、外徑28mm的10號冷拔鋼管。4.2.3確定油箱油箱的容量按式估算，其中為經驗系數(shù)，低壓系統(tǒng)，=24；中壓系統(tǒng)，=57；高壓系統(tǒng)，=612?，F(xiàn)取=4，得五、驗算系統(tǒng)發(fā)熱與溫升由于工進在整個工作循環(huán)中占96%，所以系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升可按工進工況來計算。在工